卫星导航定位算法与程序设计_第7课_时间算法

GPS时间（GPST）
TAI–GPS time = 19 s + c0 ， UTC–GPS time = 19 s–DTAI + c0 . 注：c0是一个量级为几十纳秒的数值，随 时间而变，其不确定度约为2 ns。 每月BIPM的Circular T c0 BIPM 国际权度局 Bureau International des Poids et Mesures
适用于卫星导航定位的时间结构 － 儒略日
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时间结构⑥
年积日
typedef struct tagDOY { unsigned short unsigned short TOD } DOY; typedef DOY *PDOY;
typedef struct tagTOD { long sn; double tos; } TOD; typedef TOD *PTOD;
适用于卫星导航定位的时间结构 － 儒略日
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时间结构④
新儒略日
typedef struct tagMJulianDay { long day; TOD tod; } MJulianDay; typedef MJulianDay *PMJulianDay;
typedef struct tagTOD { long sn; double tos; } TOD; typedef TOD *PTOD;

历书时和地固时
历书时
以地球绕太阳的公转轨道运动为基础而导出的
天文时间尺度
地固时（ Terrestrial time ，TT）
在地球质心坐标系中定义的坐标时，其尺度单
位（TT秒）选得与大地水准面上的SI秒一致
国际原子时（TAI）
国际原子时 International Atomic Time
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C/C++中有关时间的类型②
sturct tm
struct tm { int */ int int int int int int int int };
tm_sec; tm_min; tm_hour; tm_mday; tm_mon; tm_year; tm_wday; tm_yday; tm_isdst; /* seconds after the minute - [0,59] /* /* /* /* /* /* /* /* minutes after the hour - [0,59] */ hours since midnight - [0,23] */ day of the month - [1,31] */ months since January - [0,11] */ years since 1900 */ days since Sunday - [0,6] */ days since January 1 - [0,365] */ daylight savings time flag */
以分布于全世界的大量运转中的原子钟的数据
为基础而建立和保持的一种时间尺度 初始历元设定在1958年1月1日 速率（尺度单位）定义为在地心参考框架上， 在大地水准面上实现的SI秒，即铯原子133基 态的两个超精细能级间跃迁辐射9，192，631 ，770个周期所持续的时间 是由全球60多个时间实验室合作产生的纸面时 间（计算后以文件形式发表）
世界时是基于地球绕其自转轴的自转运动并以太阳作为参 照点来确定的时间尺度，它非常近似地符合于在本初子午 线上观测太阳周日平均运动的一种时间测量。 世界时的单位是平太阳秒，它定义为一个平太阳日的 1/86400，1960年以前曾用它定义SI秒。 UT通过观测恒星的周日视运动来确定,得到 UT0 UT0加入地极移动引起的观测地点经度的改正，得到UT1 UT1加入地球自转速率的周年和半年变化改正，得到UT2
通用时间尺度的关系
UTC = TAI + DTAI

DTAI的值可以从国际地球自转服务机构(IERS)网站的Bulletin C得到
UT1 = UTC ﹢ΔUTC

ΔUTC的值由IERS综合全球的地球自传观测数据计算而得，可从 IERS的 Bulletin A（每周更新）和Bulletin B（每月更新）得到
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计时法③
新儒略日（Modified Julian Day - MJD）
定义
从儒略日中减去2,400,000.5天来得到，给出的是从 1858年11月17日子夜开始的天数。
特点
连续的，利于数学表达； 数值比儒略日小。
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计时法④
年积日（DOY – Day Of Year）
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计时法②
儒略日（Julian Day）
定义
Leabharlann Baidu
是指从-4712年1月1日（即公元前4713年1月1日） 正午开始的天数。
提出
由J. J. Scaliger在1583年提出的，所以该系统的 名称源自Julius Scaliger（注意，不是Julius Caesar）。
特点
连续的，利于数学表达； 不直观。
适用于卫星导航定位的时间结构 － 儒略日
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时间结构⑤
GPS时
typedef struct tagGPSTIME { int wn; TOW tow; } GPSTIME; typedef GPSTIME *PGPSTIME;
typedef struct tagTOW { long sn; double tos; } TOW; typedef TOW *PTOW;
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C/C++中有关时间的类型③
sturct _timeb
struct _timeb { time_t time; unsigned short millitm; short timezone; short dstflag; };
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自定义时间结构①
为何要自己定义（实现）时间结构（类）
C/C++所提供的结构（类）无法满足要求，秒
TT = TAI + 32.184 s △T = TT–UT1 ＝ 32.184 s + TAI–UT1 △TT = TT–UTC =32.184 s + DTAI
产生标准时间标准频率的时 频基准系统
内容
国际通用的时间尺度 卫星导航中常用的时间尺度



概述 GPS时 GLONASS时
有关时间函数库的程序设计
协调世界时（UTC）（1）
Coordinated Universal Time （UTC）
全世界的官方时间，是世界各国时间服务的基础 UTC具有与TAI完全相同的计量性质，是原子时，
它的速率与TAI速率完全一致，但在时刻上与TAI 相差若干整秒 UTC尺度是通过闰秒，即插入或者去掉整秒（正 跳秒或负跳秒）来调整的，以确保它和世界时 UT1近似相同，差异不大于0.9秒
定义
从当年1月1日开始的天数。
特点
常用于GPS测量观测计时
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计时法⑤
GPS时（GPS Time）
定义
以1980年1月6日子夜为起点，用周数和周内的秒数 来表示。
特点
GPS系统内部计时法
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C/C++中有关时间的类型①
time_t
typedef long time_t; /* time value */
概述 计时法 C/C++中的时间类型 自定义时间结构体 时间转换的算法 实习内容
概述
时间与卫星导航定位的关系
计算卫星位置、速度 计算卫星到接收机天线之间的距离
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计时法①
通用计时法（日历表示法）
表示方法
年、月、日、时、分、秒。
特点
反映季节变化，与日常生活密切相关； 非连续，不利于数学表达和科学计算。
year; day; tod;
适用于卫星导航定位的时间结构 － 儒略日
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常用时间算法①
转换思路
通用时 GPS时
协调世界时（UTC）（2）
作为时间服务的各地时间实验室（以k表示 实验室的代码）必须自行产生和保持一个 UTC在本实验室的物理实现，为用户提供 接近于UTC的标准时间信号，这个标准时 间尺度就是UTC（k） UTC（k）是以高精度原子钟作为频率源， 经过人为的频率驾驭而得到的，UTC（k） 与UTC必然会有一定的差异，不同实验室 保持的UTC（k）也不会相同。
卫星导航定位算法与程序设计
主讲： 刘晖 副教授
武汉大学卫星导航定位技术研究中心
单点定位算法的课程路线
关于单点定位数据 模型回顾
矩阵函数
单点定位总体设计
GNSS中的协议
时间算法 坐标算法
编码实现各个模块
文件I/O 卫星位置计算 各项改正计算
联合调试 提交成果
第七讲 时间算法
导航定位中的时间、频率和距离
卫星导航定位定位中，时间和频率、距离 是可以相互转换的，三者本质相同
内容
国际通用的时间尺度



概述 世界时（UT） 地固时（TT） 国际原子时（TAI） 协调世界时（UTC） 时间尺度的关系
卫星导航定位中常用的时间尺度 有关时间函数库的程序设计
世界时（UT）
世界时 (Universal Time,UT)
GPST 与UTC
GPST与UTC的关系： GPST=UTC+1×n-19 1987年：n=23; 1992年：n=26; 2005年：n=32
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GLONASS时
GLONASS时溯源到俄罗斯时间计量与空间研 究所（IMVP）所保持的地方时UTC（SU） IMVP用10台高性能氢钟和一台实验室铯钟建 立并保持俄罗斯国家标准时间UTC（SU） GLONASS时与UTC（SU）一样有闰秒，即 GLONASS time – UTC ≈ 0 GLONASS系统要求GLONASS时与UTC（ SU）同步到±1μs
为整型 在卫星导航定位中计算卫星位置时，时间至少 要求表示到10-6 在卫星导航定位中计算卫星到接收机天线之间 的距离时，时间至少要求表示到10-12
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自定义时间结构②
通用时间（日历时间）
typedef struct tagCOMMONTIME { unsigned short year; unsigned char month; unsigned char day; unsigned char hour; unsigned char minute; double second; } COMMONTIME; typedef COMMONTIME *PCOMMONTIME;
GLONASS
TAI–GLONASS time = DTAI + c1 UTC–GLONASS time = 0 s + c1 c1是一个量级为几百纳秒的数值，随时间 而变， c1的不确定度为十几纳秒。
内容
国际通用的时间尺度 卫星导航中常用的时间尺度 有关时间函数库的程序设计


GPS系统
GLONASS
GPST UTC(USNO)
WGS84
UTC时 UTC(SU)
PZ90
GALILEO
COMPASS
GTRF
BDT
CGCS2000
UTC(NTSC)
GPS时间（GPST）
GPS的时间系统采用基于美国海军观测实 验室USNO维持的原子时称为GPST，它与 国际原子的原点不同，瞬时相差一常量： TAI－GPST=19(s) GPST的起点：规定1980年1月6日0时GPS 与UTC相等 GPST不作闰秒调整，在任何时候都在整数 秒上与TAI相差19秒 GPST 溯源到UTC（USNO）
概述
卫星导航定位系统是以高精度的统一时间 和时间测量为基础的 任何卫星导航定位系统均设有高精度原子 钟系统，在原子钟组内部通过高精度时间 比对获得原子钟的时间比对结果，采用最 佳时间尺度算法，计算出导航系统的系统 时间尺度，作为该导航系统控制整个卫星 和地面系统运作的标准时间。
卫星导航中的时间尺度
适用于卫星导航定位的时间结构 － 通用时间（日历时间）
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时间结构③
儒略日
typedef struct tagJULIANDAY { long day; TOD tod; } JULIANDAY; typedef JULIANDAY *PJULIANDAY;
typedef struct tagTOD { long sn; double tos; } TOD; typedef TOD *PTOD;